تجزیه و تحلیل شکل دهی و طراحی قالب مهر زنی داغ

با تشدید بحران انرژی و مشکلات زیست محیطی، حفظ انرژی و ایمنی به مهم ترین نقطه شروع صنعت خودروسازی تبدیل شده است.به منظور دستیابی به اهداف فوق، کاهش وزن وسیله نقلیه روشی بسیار موثر است که منجر به توسعه و بکارگیری سریع فولاد پیشرفته با مقاومت بالا می شود.

استفاده از فناوری شکل دهی گرم می تواند سختی و استحکام ساختار کلی بدنه را تا حد زیادی بهبود بخشد و ایمنی تصادف خودرو و عملکرد NVH را تا حد زیادی بهبود بخشد.تعداد زیادی از کاربردهای این فناوری می تواند به طور موثر وزن BIW را کاهش دهد، مصرف انرژی را کاهش دهد، آلودگی زیست محیطی را کاهش دهد و عملکرد اقتصادی خودرو را بهبود بخشد.در حال حاضر، با توجه به الزامات استحکام ساختار بدنه، فناوری شکل‌دهی گرم عمدتاً برای تولید قطعات با استحکام بالا مانند سپرهای جلو و عقب، ستون‌های A، ستون‌های B، ستون‌های C، تیرهای تقویت سقف، قاب‌های کانال زیر بدنه استفاده می‌شود. براکت های داشبورد، پانل های داخلی درب، تیرهای تصادف درب، و غیره (شکل 1 را ببینید).نسبت قطعات گرم شکل گرفته در BIW کل وسیله نقلیه می تواند به بیش از 45٪ برسد.

در حال حاضر، فناوری شکل‌دهی گرم به طور گسترده در شرکت‌های خودروسازی در داخل و خارج از کشور استفاده می‌شود.خودروسازان بزرگ داخلی به طور گسترده ای از قطعات گرم برای تولید و طراحی مدل های خودرو استفاده می کنند.تعداد قطعات گرم استفاده شده در یک خودرو به طور کلی به 6 تا 10 عدد و بیشترین تعداد مدل های خودرو به 24 عدد رسیده است.

با این حال، این فن آوری داغ مهر زنی و فناوری قالب برای مدت طولانی در انحصار شرکت های خارجی بوده است.قالب های گرم که توسط اکثر سازندگان استفاده می شود وارداتی و گران هستند.این بار ما با موسسه تحقیقات آهن و فولاد ووهان همکاری کردیم تا قالب و قطعات شکل‌دهی گرم ستون B را برای یک خودروی سواری خاص شرکت دانگ فنگ با استفاده از فولاد شکل‌دهی گرم WHT1500HF آهن و فولاد ووهان توسعه دهیم.این مقاله به عنوان نمونه توسعه قالب گرم و قطعات با ستون B را معرفی می کند.

توسعه قطعات ترموفرمینگ ستون B
ماده ارزیابی شکل دهی گرم قطعات ستون B فولاد WHT1500 با ضخامت 1.80 میلی متر است.خواص مکانیکی مواد در جدول 1، پارامترهای تست فرآیند شکل دهی گرم در جدول 2 و منحنی خواص مکانیکی در شکل 1 نشان داده شده است.
تجزیه و تحلیل فرآیند ترموفرمینگ

1. شرایط مرزی
ساختار قالب تک اثر پذیرفته شده است، یعنی قالب ماده در بالا، قالب نر در پایین، و جهت مهر زنی همانطور که در شکل 3 نشان داده شده است.
شرایط مرزی: دمای اولیه ورق 800 درجه سانتیگراد است و زمان انتقال ورق بیش از 3.5 ثانیه نیست.زمان انتظار ورق روی قالب قبل از بستن 3.5 ثانیه است.فاصله بین قالب و نگهدارنده خالی 1.5 x ضخامت مواد است.فشار نگهدارنده خالی 1T است.سرعت شکل دهی و بستن 150 میلی متر بر ثانیه است.فشار نگهداری در هنگام کوئنچ 400 تن است.دمای اولیه قالب 100 ℃ در سطح و 20 ℃ در داخل است.

1. شرایط مرزی
تجزیه و تحلیل قالب گیری
قسمت خالی قسمت توسط Pamstamp باز می شود تا ورق بدست آید و ماژول شکل دهی در Pamstamp آنالیز می شود.در شبیه سازی شکل دهی، حداکثر ناحیه نازک شده در سمت نیمه پایینی ستون خنثی (MAX-23% همانطور که در شکل نشان داده شده است) و ناحیه ضخیم شده در جلوی ناحیه میانی پایینی قرار دارد. ستون مرکزی همانطور که در شکل نشان داده شده است (23.2% همانطور که در شکل 4 نشان داده شده است).با توجه به این وضعیت، تصمیم بر این شد که در هنگام پردازش قالب و اشکال زدایی قطعات به این قسمت توجه شود.

3. تحلیل شبیه سازی فرآیند شکل دهی
در ماژول شکل دهی پامستمپ وضعیت شکل دهی ورق فلز را در حین حرکت قالب رعایت کنید.شکل 5 نشان می دهد که قالب بالایی 40 میلی متر، 20 میلی متر، 5 میلی متر از نقطه مرده پایینی و آخرین قسمت تشکیل شده فاصله دارد.در فاصله 5 میلی متری از قالب بالایی تا نقطه مرده پایینی، می توان متوجه شد که زیر ستون میانی چین و چروک وجود دارد.در مرحله اشکال زدایی قالب، پرس قوی در اینجا انجام خواهد شد.

4. تجزیه و تحلیل میدان دما
توزیع دمای قطعه در لحظه شکل گیری زمانی که قالب بالایی در نقطه مرده پایینی قرار دارد از طریق ماژول آنالیز در ماژول Pamstamp به دست می آید.برای به دست آوردن ساختار مارتنزیت در نهایت، دمای قطعه را می توان از طریق شبیه سازی بالاتر از 665 ℃ مشاهده کرد که با استاندارد مطابقت دارد و شرایط تبدیل خاموشی را برآورده می کند.

5. توزیع مارتنزیت در قطعات کوئنچ شده
تجزیه و تحلیل را انجام دهید، همانطور که در شکل 6a نشان داده شده است، قطعات پس از 10 ثانیه در قالب خاموش می شوند و بیش از 90٪ قطعات به مارتنزیت تبدیل شده اند، به جز تاثیر موقعیت نگهدارنده خالی.زیرا هولدر خالی با برش لیزری قطع خواهد شد.شکل 6b دمای نگهداری فشار (10 ثانیه) را نشان می دهد.هنگامی که قطعه کامل می شود، دمای سطح کمتر از 200 درجه سانتیگراد است و دمای نگهدارنده خالی بالاتر است که با توزیع مارتنزیت مطابقت دارد.

6. خلاصه تجزیه و تحلیل شکل پذیری
(1) نتایج تجزیه و تحلیل نشان می دهد که قسمت ستون B توسط شکل دهی گرم WHT1500 تولید می شود و این فرآیند امکان پذیر است.
(2) منطقه در پایین قطعه منطقه خطر چروک شدن مواد است.برای کنترل جریان مواد، افزایش نیروی فشار و کاهش فاصله قالب توصیه می شود.
(3) فیله در بالای قطعه در معرض خطر بالای ترک خوردن است.توصیه می شود اندازه ورق فلز را کاهش دهید.
طراحی قالب

1. فرآیند طراحی قالب داغ مهر زنی
فرآیند طراحی قالب داغ مهر زنی در شکل 7 نشان داده شده است.
2. طراحی ساختار قالب
(1) مواد قالب داغ مهر زنی باید از فولاد قالب داغ H13 باشد.
(2) محاسبه و طرح کانال آب خنک کننده
① فرمول محاسبه کانال خنک کننده

جایی که، mw جرم آب جاری در قالب در واحد زمان (کیلوگرم در ساعت) است.N تعداد لوله ها است.Qw جریان آب خنک کننده یک لوله (m3/h) است.ρ W چگالی آب خنک کننده در دمای معین (kg/m3)، 1000 kg/m3 است.D قطر سوراخ آب خنک کننده (m) است.V سرعت جریان آب خنک کننده (m/s) است.Tu واحد زمان، 3600 ثانیه است.
کجا، Re شماره رینولدز است.V ویسکوزیته سینماتیکی است (m2/s)، V=1.3077 در 10 ℃ × 10-6m2/s.
② طرح کانال خنک کننده
قطر لوله خنک کننده 10-14 میلی متر است.فاصله مرکزی بین لوله های مجاور 17 ~ 20 میلی متر است.حداقل فاصله از مرکز لوله تا پروفیل باید بیش از 15 میلی متر باشد.سیستم های خنک کننده هر درج مستقل از یکدیگر هستند و کانال های خنک کننده بین درج های مجاور به یکدیگر متصل نیستند.

پایان نامه
از طریق تمرین استفاده از فولاد شکل‌دهی گرم خانگی برای توسعه قالب‌ها و قطعات شکل‌دهی گرم برای کارخانه موتور اصلی، قوانین تغییر فناوری قالب‌بندی داغ و سازمان‌دهی گرمایش و سرمایش را آموخته‌ایم و به آنها تسلط پیدا کرده‌ایم و تجربه عملی به دست آورده‌ایم.در طول تحقیق و توسعه قالب داغ برای ستون B یک خودروی سواری، طراحی ساختار قالب قطعه از طریق آنالیز شکل‌دهی CAE قطعه، شبیه‌سازی تغییر مقاومت قطعه در قطعه تکمیل شد. میدان دما و بررسی قدرت قالب.پس از اشکال زدایی شکل گیری داغ مهر زنی قالب، تجزیه و تحلیل متالوگرافی و تست کشش قطعات، ساختار و استحکام قطعات برای برآوردن نیازهای مورد انتظار تضمین می شود.نتایج نشان می‌دهد که استفاده از قالب شکل‌دهی گرم طراحی شده و ساخته شده برای ستون B خودروی سواری، الزامات فنی محصول را برآورده می‌کند.